專(zhuān)利名稱(chēng)：電銀冶金導(dǎo)電桿的摩擦凸焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種屬于材料加工工程領(lǐng)域，具體涉及一種電銀冶金導(dǎo)電桿的摩擦 的凸焊方法。
背景技術(shù)：
電解冶金導(dǎo)電桿是由1000X220X50mm的A3鋼座與220X180X3500mm的
L4鋁柱構(gòu)成的大型雙金屬焊接結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)由復(fù)合工藝制造。即先預(yù)制一個(gè)與L4鋁柱 220X180mm矩形端面相外接的Φ285Α3鋼盤(pán)，將其與L4鋁柱摩擦焊接后，再加工成 與L4理性端面相同的220X180mm的矩形A3鋼段。最后，按L4鋁柱與A3鋼管的形 位要求，采用電弧焊，將矩形A3鋼段與A3鋼座焊在一起。摩擦焊時(shí)，由L4鋁柱的 220X180mm矩形端面是在Φ 285A3鋼盤(pán)內(nèi)摩擦有近三分之一的圓面不能完全封閉，因而 接頭中必然存在被AL2Q3復(fù)蓋的自由表面。而電弧焊只能是沿看220X180mm的矩形周 邊開(kāi)坡口的多層焊，有近二分之一的矩形而不可能焊透，藉此，復(fù)合工藝制造的冶金導(dǎo) 電桿，只是一客觀(guān)雙焊接接頭結(jié)構(gòu)。存在的大量細(xì)觀(guān)自由表面，使導(dǎo)電桿的導(dǎo)電面積減 小而電阻系數(shù)增大。當(dāng)導(dǎo)電桿傳導(dǎo)10000A的電流時(shí)，不僅析出大量電阻熱，在細(xì)觀(guān)自 由表面處誘發(fā)熱應(yīng)集中而使接頭力學(xué)性能變差，而且壓降較高，使電桿冶金耗能居高不 下。復(fù)合工藝現(xiàn)狀和與現(xiàn)有直接驅(qū)動(dòng)摩擦焊機(jī)不能實(shí)現(xiàn)相位控制和大焊接力氣重型 驅(qū)動(dòng)有關(guān)，是限制該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠采用摩擦焊的方式實(shí)現(xiàn)電解冶金導(dǎo)電桿的一次固 態(tài)焊接成型的方法。上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)電銀冶金導(dǎo)電桿的摩擦凸焊方法，首先選用以端面積50000mm2的大型、異 質(zhì)、非回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的焊接成型與控制工程所必要的最大焊接力5000KN的相位控制摩 擦焊機(jī)，按照200-300rpm的主軸轉(zhuǎn)速，2—3m/s的摩擦速度，5—10S的摩擦?xí)r間， 摩擦壓力40-60HPa，70--100HPa的頂鍛壓力，4--9S的保壓時(shí)間的強(qiáng)參數(shù)組合模式確 定摩擦凸焊的工藝；建立摩擦凸焊接頭型式規(guī)則，在鋁柱的型號(hào)L4的端面預(yù)制直徑為 Φ 180—220mm>預(yù)制高度為25—45mm的凸圓，凸圓的端面為3° —10°的圓錐面；焊 接過(guò)程中，具有凸圓的鋁柱的型號(hào)L4處于準(zhǔn)等靜壓拘束狀態(tài)，以凸圓消失作為摩擦凸焊 接頭形成的標(biāo)志，當(dāng)凸圓消失即完成焊接。所述的電銀冶金導(dǎo)電桿的摩擦凸焊方法，主軸轉(zhuǎn)速265rpm，摩擦速度2.5m/s， 摩擦?xí)r間6S，摩擦壓力50HPa，頂鍛壓力80HPa，保壓時(shí)間5S的強(qiáng)參數(shù)組合模式確定摩 擦凸焊的工藝；在鋁柱的型號(hào)L4的端面預(yù)制直徑為Φ220ιηιη、預(yù)制高度為30mm的凸 圓，凸圓的端面為5°的圓錐面。
有益效果1.本發(fā)明通過(guò)摸索和積累總結(jié)、通過(guò)數(shù)據(jù)分析和升華后突破傳統(tǒng)觀(guān)念的參數(shù)限 制，重新探索確定了先進(jìn)的工藝參數(shù)形成了新的加工制造方法，創(chuàng)立了摩擦焊的方式進(jìn) 行電銀冶金導(dǎo)電桿焊接的方法，并提升了大型、異質(zhì)、非迴轉(zhuǎn)體焊接結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和 電導(dǎo)率，有效地降低了電解冶金的能耗。2.本發(fā)明的克服了傳統(tǒng)參數(shù)的束縛，提供了優(yōu)化的低轉(zhuǎn)速，高壓力，短時(shí)間的 摩擦焊接的程序。以低轉(zhuǎn)速特征拓展冶金導(dǎo)電桿這類(lèi)非迴轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的相位控制摩擦焊 接。3.本發(fā)明構(gòu)建了 L4/A3這類(lèi)軟/硬界面上的摩擦焊接力穩(wěn)定輸入機(jī)構(gòu)，確定 5000KN摩擦焊接力以及L4鋁柱在其作用下不失穩(wěn)的準(zhǔn)等靜壓拘束條件。4.本發(fā)明根據(jù)A3鋼座，L4鋁柱在500KN焊接力作用下，塑性變形完全失配的 規(guī)律，構(gòu)建了摩擦凸焊接頭設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)節(jié)準(zhǔn)則。5.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電解冶金導(dǎo)電桿返類(lèi)大型、異質(zhì)、非迴轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的一次固態(tài)焊 接成型和自動(dòng)工藝過(guò)程，焊接效率極高。6.本發(fā)明方法得到的摩擦凸焊接頭，形成的是完全鍛造組織，其電導(dǎo)率達(dá)到 60 % 國(guó)際退火銅標(biāo)準(zhǔn)IACS (International Annealed copper Standard)；傳導(dǎo) 10000A 的電解電
流時(shí)，導(dǎo)電桿上產(chǎn)生的壓降較現(xiàn)有的降低約50mv，節(jié)能降耗效果顯著。7.現(xiàn)有的直接驅(qū)動(dòng)型摩擦焊機(jī)的最大焊接力為26MN，而且不能相位控制。本 發(fā)明的實(shí)施，對(duì)發(fā)展最大焊接力為5000KN的相位控制摩擦焊機(jī)有重要的引導(dǎo)作用。8.本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)A3鋼座與L4鋁性的一項(xiàng)固態(tài)焊接成型；接頭力學(xué)性能優(yōu)于 L4鋁柱的，接頭電導(dǎo)率達(dá)到60%IACS，從而有效地解決了電解冶金產(chǎn)業(yè)的節(jié)能降耗問(wèn) 題。最大焊接力5000KN的相位控制摩擦焊機(jī)是實(shí)施摩擦凸焊的優(yōu)選條件，建全凸焊接 頭設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在L4鋁柱端預(yù)制Φ220Χ30_的凸圓，并使其在焊接過(guò)程中處于準(zhǔn)等靜壓 拘束狀態(tài)；按照轉(zhuǎn)速低、壓力高、時(shí)間短的強(qiáng)參數(shù)組合模式，調(diào)整和實(shí)施摩擦凸焊工藝 過(guò)程；凸圓輾平是電解冶金導(dǎo)電桿一次固態(tài)焊接成型的標(biāo)志。9.本發(fā)明開(kāi)創(chuàng)了大型、異質(zhì)、非迴轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)固態(tài)焊接成型與控制工程之光河， 亦為最大焊接力5000ΚΝ的相位控制摩擦焊機(jī)的發(fā)展奠定了工藝基礎(chǔ)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 一種電銀冶金導(dǎo)電桿的摩擦凸焊方法，首先選用以端面積50000mm2的大型、 異質(zhì)、非回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的焊接成型與控制工程所必要的最大焊接力5000KN的相位控制摩 擦焊機(jī)，然后按照200-300rpm的主軸轉(zhuǎn)速，2—3m/s的摩擦速度，5—10S的摩擦?xí)r間， 摩擦壓力40-60HPa，70--100HPa的頂鍛壓力，4--9S的保壓時(shí)間的強(qiáng)參數(shù)組合模式確 定摩擦凸焊的工藝；建立摩擦凸焊接頭型式規(guī)則，在鋁柱的型號(hào)L4的端面預(yù)制直徑為 Φ 180—220mm>預(yù)制高度為25—45mm的凸圓，凸圓的端面為3° —10°的圓錐面；焊 接過(guò)程中，具有凸圓的鋁柱的型號(hào)L4處于準(zhǔn)等靜壓拘束狀態(tài)，以凸圓消失作為摩擦凸焊 接頭形成的標(biāo)志，當(dāng)凸圓消失即完成焊接。實(shí)施例2
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電銀冶金導(dǎo)電桿的摩擦凸焊方法，首先選用以端面積50000mm2的大型、異 質(zhì)、非回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的焊接成型與控制工程所必要的最大焊接力5000KN的相位控制摩擦 焊機(jī)，然后按照265rpm的主軸轉(zhuǎn)速，2.5m/s的摩擦速度，6S的摩擦?xí)r間，摩擦壓力 50HPa, SOHPa的頂鍛壓力，5S的保壓時(shí)間的強(qiáng)參數(shù)組合模式確定摩擦凸焊的工藝；建 立摩擦凸焊接頭型式規(guī)則，在鋁柱的型號(hào)L4的端面預(yù)制直徑為Φ220ιηιη、預(yù)制高度為 30mm的凸圓，凸圓的端面為5°的圓錐面；焊接過(guò)程中，具有凸圓的鋁柱的型號(hào)L4處 于準(zhǔn)等靜壓拘束狀態(tài)，以凸圓消失作為摩擦凸焊接頭形成的標(biāo)志，當(dāng)凸圓消失即完成焊 接。實(shí)施例3 實(shí)施例1或2所述的電銀冶金導(dǎo)電桿的摩擦凸焊方法，最大焊接力為5000KN的 相位控制摩擦焊機(jī)作為實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選裝備條件。優(yōu)化轉(zhuǎn)速低、壓力高、時(shí)間短的強(qiáng) 參數(shù)組合模式。確定主軸轉(zhuǎn)速為265rpm，摩擦速度2.5m/s，摩擦?xí)r間6S，頂鍛壓力 SOHPa,保壓時(shí)間5S，根據(jù)L4/A3界面上塑性變形失配的規(guī)律，確定摩擦焊凸焊接頭設(shè) 計(jì)的規(guī)則，在L4鋁柱端預(yù)制-Φ220Χ30ιηιη的凸圓。Φ 220凸圓與L4鋁柱的矩形端面相 內(nèi)切，凸圓的高度30mm應(yīng)為在5000ΚΝ焊接力作用下L4鋁柱產(chǎn)生的軸向變形量。凸圓 的端面亦可預(yù)制成5°左右的圓錐面。L4鋁柱夾持在剛性固定部件中并處于靜水壓力拘 束狀態(tài)。A3鋼座夾持在具有相位控制功能的動(dòng)力部件中，觸摸屏/高級(jí)PLC系統(tǒng)自動(dòng) 執(zhí)行摩擦焊接強(qiáng)參數(shù)組合模式。當(dāng)Φ220Χ30ιηιη凸圓被輾平時(shí)，即形成摩擦凸焊接頭。
權(quán)利要求
1.一種電銀冶金導(dǎo)電桿的摩擦凸焊方法，首先選用以端面積50000mm2的大型、異 質(zhì)、非回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的焊接成型與控制工程所必要的最大焊接力5000KN的相位控制摩擦焊 機(jī)，其特征是按照200-300rpm的主軸轉(zhuǎn)速，2—3m/s的摩擦速度，5—10S的摩擦?xí)r 間，摩擦壓力40-60HPa，70-100HPa的頂鍛壓力，4--9S的保壓時(shí)間的強(qiáng)參數(shù)組合模式 確定摩擦凸焊的工藝；建立摩擦凸焊接頭型式規(guī)則，在鋁柱的型號(hào)L4的端面預(yù)制直徑為 Φ 180—220mm>預(yù)制高度為25—45mm的凸圓，凸圓的端面為3° —10°的圓錐面；焊 接過(guò)程中，具有凸圓的鋁柱的型號(hào)L4處于準(zhǔn)等靜壓拘束狀態(tài)，以凸圓消失作為摩擦凸焊 接頭形成的標(biāo)志，當(dāng)凸圓消失即完成焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電銀冶金導(dǎo)電桿的摩擦凸焊方法，其特征是主軸轉(zhuǎn)速 265rpm,摩擦速度2.5m/s，摩擦?xí)r間6S，摩擦壓力50HPa，頂鍛壓力80HPa，保壓 時(shí)間5S的強(qiáng)參數(shù)組合模式確定摩擦凸焊的工藝；在鋁柱的型號(hào)L4的端面預(yù)制直徑為 Φ220mm,預(yù)制高度為30mm的凸圓，凸圓的端面為5°的圓錐面。
全文摘要
電銀冶金導(dǎo)電桿的摩擦凸焊方法。本發(fā)明首先選用以端面積50000mm2的大型、異質(zhì)、非回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的焊接成型與控制工程所必要的最大焊接力5000KN的相位控制摩擦焊機(jī)，然后按照200～300rpm的主軸轉(zhuǎn)速，2～3m/s的摩擦速度，5～10s的摩擦?xí)r間，摩擦壓力40～60HPa，70～100HPa的頂鍛壓力，4～9s的保壓時(shí)間的強(qiáng)參數(shù)組合模式確定摩擦凸焊的工藝；建立摩擦凸焊接頭型式規(guī)則，在鋁柱的型號(hào)L4的端面預(yù)制直徑為Φ180～220mm、預(yù)制高度為25～45mm的凸圓，凸圓的端面為3°～10°的圓錐面；焊接過(guò)程中，具有凸圓的鋁柱的型號(hào)L4處于準(zhǔn)等靜壓拘束狀態(tài)，以凸圓消失作為摩擦凸焊接頭形成的標(biāo)志，當(dāng)凸圓消失即完成焊接。本發(fā)明用于摩擦焊機(jī)。
文檔編號(hào)B23K20/12GK102019503SQ201010575859
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者邱凱 申請(qǐng)人:哈爾濱正晨焊接切割設(shè)備制造有限公司